編者
主 編：穆興民 徐學選 陳霽巍
Editors: Mu Xing-min Xu Xue-xuan Chen Ji-wei
副主編：丁琳霞 王文龍 袁建平 黃明斌
Subeditors: Ding Lin-xia Wang Wen-long
Yuan Jian-ping Huang Ming-bin
中國林業出版社
Forestry Press of China
2001
內容簡介
本書從發展區域生態水文學角度，結合黃土高原以水土保持為主體的生態建設的實踐，從不同時間和空間尺度，系統論述了水土保持生態建設的水文效應及其研究方法。全書共分10章。主要包括：生態水文學基礎、深層土壤水資源及其利用，水土保持措施的水文效應機理、水土保持措施對地表徑流的作用方向和作用強度等。資料翔實，方法多樣，內容豐富，其成果對發展生態水文學和黃土高原水土流失的科學治理都具有重要的參考價值。本書可供從事國土整治、水土保持、水文學、地理學、土壤學、農林草業科技人員、廣大幹部和大中專院校的教師和學生參考。
生態水文學研究內容及研究方法
生態建設與水文水資源有著非常密切的關係，生態建設中的水科學問題及其研究已成為生產實踐中急需解決的問題之一。然而由於問題的複雜性、資料的有限性、方法的不成熟性，其研究有待進一步科學化、系統化。生態水文學一詞的英文為Eco—hydrology，是由ecology（生態學）和hydrology(水文學)兩詞組合而成，它大約在20世紀80年代開始出現。在我國，劉昌明等1997年主編的《中國水文問題研究》一書中使用了“生態水文”一詞。近幾年，生態水文一詞頻頻出現，特別是已成為我國一些大學或研究所的研究領域和方向。英國學者，R.L.wilby等於1997年出版了《Eco-hydrology》專著，該書重點討論濕地生態系統中植物與水分的關係。Zalewski在1997年的一份水文學技術報告中指出，生態水文學概念是關於水生資源可持續利用的一個新轉變，他把生態水文學主界定在水生物學方面。
儘管“生態水文學”已在國內外各種報告中頻繁出現，但還沒有一個明確的定義，鑒於它的研究仍處於新發展狀態，可以這樣認為 ：在科學體系上，生態水文學屬於地球科學範疇，是水文學的一個分支，是生態學與水文學的交叉學科。生態水文學就是將水文學知識套用於生態建設和生態系統管理的一門科學。主要研究生態系統內水文循環與轉化和平衡的規律，分析生態建設、生態系統管理與保護中與水有關的問題。如生態系統結構變化對水文系統中水質、水量、水文要素的平衡與轉化過程的影響；生態系統中水質與水量的變化規律及其預測預報方法；水文水資源空間分異與生態系統對位關係。
長期以來，儘管人們一直在研究生態過程與水文過程的相互作用，但分屬不同的學科領域，而未形成統一的學科體系。按照不同的空間尺度，生態水文的研究內容可分為三個方面。以 SPAC 為基礎的植物與水分關係的研究，形成生態水文的微觀機理研究。伴隨土壤水動學發展及SPAC概念的提出，特別是20世紀80年代以來，在國際地圈生物圈計畫 （IGBP）的推動下，這方面研究非常活躍，並取得了較大進展。以SVAT（Soil——Vegetation—— Atmosphere——Transfer）為基礎的中尺度植被與水文研究，早期的研究 ，主要研究不同植被類型及結構內的水文規律形成如農田水文學、森林水文學和草地水文學等，重點研究不同植被群落中水量平衡、水分循環、水質及其變化等的規律，研究不同植被類型對水文系統、水行為的作用和影響。自20世紀80年代，SVAT概念的提出，特別是1991年國際大氣土壤植被關係委員會（ICASCR）成立以來，則更加重視植被（而非植物）、大氣與土壤界面之間水文過程，並把三者作為一個系統開展更加深入的、較大尺度的研究。第三，中大尺度地表覆蓋變化的水文系統研究，現代社會中，大尺度流域或區域內單純的一種植被是不存在的，實際存在的是由林、草、農田等不同植被複合而成，由於植被類型、土壤及氣候（特別是降水）的空間變異特徵，不同組合條件下流域或區域，產流和匯流過程不同，其水量平衡、水質及水循環模式也有很大的差異。因此，如何把小尺度、特高植被的水文行為放大到大尺度，研究不同植被覆蓋下大尺度水文系統變化是當前國內外研究熱點。
按照研究目的，生態水文的研究可分為兩類，即良性生態系統中水文規律的認知研究和生態建設中的水問題研究。前者以探索生態與水文過程相互作用的規律，研究二者相互作用機理，同時能為生態建設提供參照和參考，屬認識世界的範疇。生態建設中的水問題研究具有明確的套用目的，是生態水文學研究熱點之一。一方面要研究和認識生態建設中生態水分條件和生態水資源背景，如何開發和利用有利的水分條件，促進和加速生態恢復。在黃土高原乾旱缺水，氣候和植被的過渡特徵、丘陵地貌使水熱局地分異特徵，決定了生態恢復生態水文背景的複雜性，植被類型結構和布局確立的困難性。因此，只有在“拉網式”水分背景的地理分布規律的基礎上，才能明確回答黃土高原能不能造林？栽什麼樹和造什麼林以及種什麼草等生態建設中長期懸而未決的實際問題。另一方面，就是生態建設的水文效應研究，如同土壤水力曲線，其吸濕過程和退水過程並不一致，相同的水勢，吸濕過程與退水過程中土壤持水量並不一致。因此，流域或區域的生態建設與恢復的水文效應也是一個值得研究的問題。研究重點是評價流域或區域生態建設對水文系統的單項或綜合影響；預測不同建議模工對水文系統的可能影響，確定和選擇好的模式。
生態水文學研究方法
目前，國內外生態水文研究中普遍採用的研究方法有對比分析法、水文模型模擬法、水量平衡法。
2.1 對比分析法
對比分析法又可分為流域對比分析法和時間序列對比分析法。按研究尺度劃分，對比分析法可分為以下幾種類型：
（1）徑流小區對比法 通過有控制措施與實驗措施的一對徑流實驗場或徑流溝的同時對比觀測，來研究各個單項措施對於水環境的影響。在進行這樣的對比觀測時，一般應先進行空白的對比觀測，來觀測它們的基礎是否一致，然後再將其中的一個徑流場或徑流溝加上單項的人工措施，如植被種草等。這個方法的優點是可以把影響水環境的某些因素固定起來，單獨研究其中某一個因素對於水環境的影響。但這個方法是在小面積上所得的資料，不能隨便套用到大面積上去，主要原因是由於地下水層的深度與河床切割深度的相互關係在小面積上與大面積上有很大的不同；並且，大面積上各個不同部分的情況錯綜複雜，因此要確定小面積的代表性實際上是有困難的。總的來說，這種方法有利於確定人類活動中的某一單項措施對於水環境的影響，而套用到大面積的定量計算上還存在一定的困難。
（2）小流域對比觀測法 這種方法原理與上一種方法是相同的，不同的研究尺度和綜合程度不同。這種方法的優點是可以人工控制各項單項措施的組合，從而研究綜合生態建設的水文效應。同時它要求參證流域的資料具有一致性，即未進行水土流失治理，並且參證流域下墊面地形、地貌條件與本站相似。另一類方法是研究同一流域不同時間段的水文變化，分析生態與水文關係。如研究生態建設前後的資料，進行對比分析。一般採用趨勢法和相關分析法兩種方法。
（3）中、大流域的時段對比法 這種方法是根據有較長期記載的中、大流域控制站，按各流域內下墊面情況有顯著改變的各個不同歷史時期來研究人類活動對於水環境的影響。這種方法的優點是控制面積大，可以直接得出人類活動對於中、大流域所起的綜合影響。但它受到歷史資料的限制，並且難以排除氣候變化對水環境的影響。
以上這幾種方法歸納起來可以分為兩類：一類是小面積的典型試驗研究，一類是大面積的對天然流域的分析研究。由於流域內各部分的自然地理條件各不相同，而影響水環境的因素又複雜多樣，因此在計算一個大流域的人類活動對於水環境的影響時，不能機械的將小面積上所得的資料套用到大流域上。因此在不同尺度研究成果的互相借鑑套用中，應運用地理學區域性原則分析，它促進了區域生態水文的研究。
2.2 流域水文模型法
對某一水文事件或水文要素的模擬研究已具有近百年的歷史，但真正最早的流域水文數學模擬模型應是1960年開發的Stanford模型，因此，流域水文模擬是近半個世紀以來發展起來的一種藉助計算機的新技術。水文模擬是通過把一些經驗規律加以物理解釋，用簡化的數學公式表達出來，再把各個水文過程綜合起來，形成全流域水量平衡計算系統，即模型。然後，通過計算機來實現水文過程的模擬輸出。由於這種技術在解決水文複雜問題和進行水文規律研究上都具有重要作用，因此其發展迅速。水文數學模型可簡單的分為物理或確定性模型（集總式和分散式模型）和統計模型（經驗模型、單位線法、隨機模型等）兩大類。考慮了水文要素及其影響因素空間分布差異的分散式模型以及水文過程與生物過程耦合作用的物理模型，具有較強的物理基礎，外延和預測精度高，通過參數改變可以反映人類活動如水土保持影響後的水環境變化，代表了水文數學模型目前的發展方向。在水土保持的水文環境效應研究中，通過改變模型中反映下墊麵條件變化的參數，模擬相似降水條件下水土流失治理前後或分析不同治理情況下水文要素的變化。
2.3 水量平衡法
水量平衡法的基本原理是利用水量平衡方程，分析各要素受水土流失治理影響後的差異及其變化。多年平均情況下的流域水量平衡方程為：
R=P-E （1）
式中：R是徑流；P是降水；E是蒸發。受水土流失治理影響後的降水P'、徑流R'和流域蒸發E'仍然滿足方程（1），即：
R'= P'- E' （2）
根據研究流域水土保持的性質與主要變數，對（2）式中受影響很小的要素忽略其變化量。該法概念清晰，可逐項評價水土保持對水環境的影響，但該法所需資料多，工作量大。
書目
第一章 緒論
第一節 黃土高原水土保持生態建設的歷史回顧
1. 我國古代的水土保持綜合治理
2. 水土保持與農業和生態環境建設的關係
3. 黃土高原水土保持綜合治理方略和方法體系
第二節 水文循環及其人類活動的影響
1. 水循環與水量平衡的自然規律
2. 人類活動對水文系統的影響
第三節 生態水文學及其研究內容和方法
1. 生態水文學及其研究內容
2. 生態水文學研究方法
第四節 生態水文研究進展與有待加強的方面
1. 水文的生態學方面研究進展
2. 有待加強的研究
第二章 黃土高原生態水文基礎
第一節 黃土高原自然地理
1. 地理位置與地貌
2. 氣候
3. 植被
第二節 黃土高原水文水資源
1. 水系
2. 水資源分布特徵
3. 河流水質
4. 地下水資源
第三章 水土保持措施對水向土中入滲的影響
第一節 水向土中入滲的測試方法
1. 有壓入滲測試方法
2. 無壓入滲測試方法
第二節 土壤入滲過程的數學描述
第三節 影響土壤入滲速率的因素
1. 土壤因素
2. 植被因素
3. 土地利用
4. 地面坡度
5. 雨滴粒徑
第四節 水土保持措施對強化降水入滲的影響
1. 耕作措施
2. 坡面工程措施
3. 植被措施
第五節 小流域土壤入滲速率的空間變異規律
1. 水平變化規律
2. 垂直變化規律
第四章 區域土壤水資源格局與水土保持措施的影響
第一節 黃土高原土壤水分的基本空間分布格局
1.水平地帶性
2.垂直地帶性
3.方位帶狀分布
第二節 水土保持措施對土壤水分的影響
1. 坡面水土保持措施
2. 植被措施
第五章 旱作農田水量平衡與作物高產的水分環境效應
第一節 旱作農田水分生態與作物水分生產力
1. 旱作農田水分循環與水量平衡
2. 旱作農田作物的產量與水分關係
第二節 旱作農田高生產力對土壤水分循環的影響
1. 作物水分利用層深度
2. 降水入滲補給深度
第三節 旱地作物高生產力的水分環境效應與管理
1. 旱作作物高生產力的水分環境效應
2. 旱作農田水分管理與生物節水技術
第六章 綜合治理對小流域水文行為影響的比較分析
第一節 研究流域概況
第二節 水土保持對小流域徑流量時間過程的影響
1. 小流域徑流量年際變化
2. 小流域徑流量季節分配
3. 小流域典型洪水過程
4. 水土保持的蓄水作用分析
第三節 水土保持對小流域次降水—徑流關係的影響
1. 小流域產流臨界降雨量
2. 小流域次降水量與徑流量關係
3. 小流域徑流量與次平均降水強度關係
4. 小流域徑流量與最大時段雨強關係
5. 小流域降水歷時與徑流關係
第四節 水土保持對小流域徑流過程及產流模式的影響
1. 小流域徑流過程
2. 不同雨型的降水產流過程
3. 小流域產流模式變化
第七章 水土保持對小流域水量平衡影響的模擬研究
第一節 小流域降雨入滲與產流產沙的模擬研究
1. 土壤入滲速率點面轉化
2. 不同土地利用方式影響坡地降雨產流歷時的因子研究
3. 不同治理度小流域產流產沙正態整體模型的模擬試驗
第二節 綜合治理對流域水量平衡影響的模擬研究
1. 小流域自然概況與研究方法
2. 模擬模型介紹
3. 模型參數確定
4. 結果與討論
第八章 區域水土保持對中大流域徑流量及其組分的影響
第一節 區域水土保持現狀與特點
1. 黃河流域的水土保持格局
2. 黃土高原水土流失區水土保持
第二節水土保持措施的水文效應研究方法
1. 水土保持的水文效應機理
2. 區域水土保持的水文效應評價方法
第三節 水土保持措施對不同支流徑流量的影響
1. 對徑流量的作用時期和方向
2. 對不同支流年徑流量的影響
3. 對洪水和枯水徑流量的影響
第四節 流域水利水保工程對暴雨洪水的影響—以佳蘆河為例
1. 研究方法與流域概況
2. 水利水保措施對洪水特徵的效應
第 九章 區域水土保持與黃河徑流量的關係
第一節 水資源短缺與黃河斷流加劇
1. 水土流失與水資源短缺問題
2. 黃河斷流情勢加劇
3. 黃河斷流原因
第二節 水土保持與黃河徑流量的關係
1. 黃河幹流徑流量的沿程分布
2. 黃河天然徑流量的時間變化特徵
3. 水土保持與黃河徑流量
4. 黃河幹流下游高河床滲漏量分析
5. 黃河輸沙與黃河水資源開發利用
第三節 水土保持與區域可持續發展
1. 地表水資源合理配置
2. 水土保持促進區域社會經濟和自然的協調發展
第十章 黃土高原雨水資源化與雨水集流工程
第一節黃土高原雨水資源化潛力分析
1. 雨水資源的特徵與雨水集流
2. 雨水資源化及其技術體系
3. 雨水資源化潛力分析—以陝西部分為例
第二節黃土高原雨水匯集工程技術探討
1．集流面發展動態及其集流率
2．水窖建設的工程規劃探討
3．雨水集流工程中存在的主要問題與對策
